PP、PE表面低溫等離子體處理提高粘接性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-06-13

聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)性能優良,成本低,故其薄膜、片材及各種注射成型制品被廣泛應用于各行各業中。很多情況下,這些制品還需經過粘接、電鍍、涂飾、印刷等二次加工。如何獲得表面極性高、粘接性能好的PE和PP,以保證PE和PP具有足夠的粘接強度，其中等離子表面處理是提高聚合物粘接的重要方法。

等離子處理PP塑料

PE和PP等離子表面改性處理的目的

已經知道,粘接界面上的作用力有三類:一為靜力,如機械嚙合作用和摩擦作用所產生的力;二為粘接界面上分子間作用力,當粘接劑與被粘材料接近到0.3～0.5nm時,將由色散、偶極和氫鍵等作用產生范德華力;三為化學鍵力,當粘接劑與被粘材料接近到0.1～0.3nm時,發生化學反應形成化學鍵,而且粘接強度抵抗介質腐蝕的能力主要取決于化學鍵力。

而對于PE與PP材料,它們具有以下特點:

1) PE和PP僅由碳氫原子組成,是非極性或弱極性高分子材料。
(2) 表面能低,臨界表面張力只有約31×10^-3N/m。
(3) 結晶度高,化學穩定性較好,而且常用的成型加工方法都會導致表面層分子定向排列,增加分子的結晶度。因此,各類粘接劑等作用于其表面時難以發生高分子鏈和鏈段的擴散與纏結,從而不能形成較強的粘接力。
(4)PE與PP本身含有低相對分子質量組分,而且在加工過程中還加入了各種添加劑。在成型過程中,這些小相對分子質量物質將向表面匯聚,再加上環境污染,將形成強度低的弱邊界層。

因此,根據粘接力的產生以及PE與PP的特點,對其進行等離子改性處理的主要目的是:

(1)使PE與PP帶上極性基團而使表面極性化。這有三方面的作用,一是表面活性和表面能提高,二是增加了因極性基團的引入而產生的分子間偶極作用力,三是增加了粘接劑與引入的極性基團在粘接界面上形成化學鍵的可能性。
2) 提高表面能。這主要是由于表面能極性分量的增加,改善了粘接劑與PE和PP表面的潤濕性,為粘接界面上分子間緊密接近而獲得最大的分子間作用力和化學作用力創造了條件。同時排除了PE與PP表面吸附的氣體,減少了粘接界面上的空隙率,為獲得最大的機械嚙合作用提供了條件。
3) 除去表面的弱邊界層,使表面能增加,也避免了粘接后力學性能差的弱邊界層的影響。
4) 提高表面粗糙度。增強了粘接界面上的機械嚙合作用,同時為粘接界面上分子間物理作用和化學作用提供了更大的面積。

為了獲得表面極性高、粘接性能好的PE和PP，可以對PE和PP板表面進行低溫等離子改性處理以提高及其粘接性能。

表面低溫等離子體處理

利用等離子清洗機產生含有電子、離子、自由基等電離氣體粒子的低溫等離子體處理PE、PP表面。由于等離子體中絕大部分粒子的能量高于聚合物中常見化學鍵的鍵能,因此,當等離子體粒子撞擊PE、PP表面時具有足夠的能量引發塑料表面一定深度內各種化學鍵斷裂或重新組合。

當采用非反應性等離子體的氫氣、惰性氣體粒子時,它們只將能量轉移給表層分子,使它活化生成鏈自由基,自由基進而相互反應生成表面交聯層。表面潤濕性、反應性得到改善,弱邊界層被強化,如氬等離子體處理PE后表面能達68.9mJ/m²。

當采用反應性等離子體時,它們將與表面發生氧化、氮化等反應,在表面生成大量的活性基團。氧等離子體是這一類型的代表,它在塑料表面引入大量的含氧基團,如羧基、羰基、羥基等,改善了表面化學活性,而且表面因氧化分解被刻蝕。

經等離子體處理后聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)表面黏附性均有顯著提升。其中表面粗糙度增加，這是促使其黏結性能提升的原因之一；此外等離子體處理PP、PE表面引入新的含氧、含氮基團，這是黏結性能提升的主要原因。

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